Ukrainian Journal of Physical Optics 
Home page
 
 

Other articles 

in this issue
Temporal dynamics of focal point location under self-focusing of nanosecond laser pulses

Ivanisik A., Korotkov P. and Ponezha G.

Download this article

Abstract. Temporal dynamics of location of a focal point due to self-focusing of giant nanosecond laser pulses is analyzed. The location, velocity and the acceleration of the focal point are determined with taking the group speed of laser radiation into consideration. It is shown that the focal point velocity can vary from - to + but, at the output of a long Kerr cell, it is close to the group speed of light. At the front of the pulse, this velocity slightly exceeds the group speed of the pulse and becomes less than the group speed at the rear edge of the pulse. Under minimal self-focusing distance at the top of the laser pulse, the focal point velocity becomes zero. The acceleration of the focal point at the exit of a long cell can be almost zero, though it acquires a positive value at the minimal focal distance. Our results are essential while determining the efficiency of parametric stimulated Raman scattering, which requires both phase and group synchronisms along the laser pulse trace through a typical Kerr fluid.

Keywords: Kerr effect, self-focusing, stimulated Raman scattering

PACS: 42.65.Dr 
UDC: 535.375
Ukr. J. Phys. Opt. 15 1-8
doi: 10.3116/16091833/15/1/1/2014
Received: 21.09.2013

Анотація. Аналізується ефект самофокусування в керрівських рідинах для наносекундних лазерних імпульсів. Подано результати, що стосуються розташування, швидкості та прискорення фокальної точки самофокусування. Враховано вплив групової швидкості лазерних імпульсів. Швидкість фокальної точки змінюється в межах  від - до +, проте на виході протяжної кювети з керрівською рідиною ця швидкість близька до групової швидкості світла. На фронті імпульсу швидкість фокальної точки дещо перевищує групову швидкість імпульсу та менша на спаді. За мінімальної відстані самофокусування на вершині імпульсу швидкість фокальної точки нульова. Прискорення фокальної точки на виході довгих кювет може бути практично відсутнім, але за мінімальної фокальної відстані набуває фіксованого додатного значення. Наведені результати дають змогу прогнозувати ефективність вимушеного параметричного комбінаційного розсію-вання за трасою проходження лазерного випромінювання крізь типове керрівське середовище.
REFERENCES
  1. Loy M and Shen Y, 1973. Study of self-focusing and small-scale filaments of light in nonlinear media. IEEE J. Quant. Electron. 9: 409–422. doi:10.1109/JQE.1973.1077489
  2. Shen Y. The principles of nonlinear optics, Hoboken, New Jersey: Wiley Classics Library (2002).
  3. Boyd R, Lukishova S and Shen Y, Self-focusing: past and present. Berlin: Springer (2009)  doi:10.1007/978-0-387-34727-1
  4. Chekalin S V and Kandidov V P, 2013. From self-focusing light beams to femtosecond laser pulse filamentation. Phys.-Usp. 56: 123. doi:10.3367/UFNe.0183.201302b.0133
  5. Ivanisik A, Malyi V and Ponezha G, 1996. Spatial-angular structure of anti-Stokes radiation formed by stimulated Raman scattering in a Kerr liquid. Opt. Spectr. 80: 185−189.
  6. Ivanisik A I, and Ponezha G V,  2001. Spectrum of anti-Stokes stimulated Raman scattering from the moving focal regions of self-focusing. Opt. Spectr. 90: 625−629. doi:10.1134/1.1366759
  7. Dudka S, Ivanisik A, Konopatskiy A and Korotkov P, 2006. Transition effect at the medium–vacuum interface under the self-phase modulation of a light pulse. Ukr. J. Phys. 51: 140−146.
  8. Ivanisik A, Malyi V and Ponezha G, 1997. Cherenkov-type radiation under conditions of Raman light scattering in self-focusing liquids. Opt. Spectr. 82: 410−415.
  9. Ivanisik А, Isaienko O, Korotkov P and Ponezha G, 2012. Phase-modulated parametric anti-Stokes stimulated Raman scattering of Cherenkov-type in self-focusing areas of exciting radiation. Ukr. J. Phys. 57: 1000-1010.
  10. Shcherbin K, Mathey P, Gadret G, Guyard R, Jauslin H and Odoulov S, 2013. Slowing down of light pulses using photorefractive four-wave mixing: Nontrivial behavior with increasing coupling strength. Phys. Rev. A. 87: 033820. doi:10.1103/PhysRevA.87.033820
  11. Dudka S, Ivanisik А, Konopatskiy A and Loboda V, 2005. Disposition of the focal point in a self-focusing environment. Bulletin of T. Shevchenko Nat. Univ. Kyiv, Ser. Phys. & Math. 3: 381-388.
  12. Ivanisik A, Malyi V and Ponezha G, 1998. Effect of self-focusing on the angular spectra of stimulated Raman scattering. Opt. Spectr. 85: 78−84.
  13. Marburger J, 1975. Self-focusing: theory. Prog. Quantum Electron. 4: 35−110.  doi:10.1016/0079-6727(75)90003-8
(c) Ukrainian Journal of Physical Optics
3EBE8D